智能臺區范圍里的通信組網設計

任彬

摘 要：文章討論了電力行業里一個智能臺區范圍內的通信組網方案。就目前比較成熟的幾種通信手段，文章著重分析了它們在臺區范圍內應用的可能性和可行性。最后文章給出了一個實際產品設計，在這個產品設計里，多種通信手段都得到了實現，從而可以為臺區通信提供最有效的組網方案。

關鍵詞：以太網；電力載波；光纖；GPRS；Zigbee；RS485

引言

配電網最后一公里通信一直是電網通信領域研究的重點。作為電網的末端，配電臺區集合了電網的配電和用電兩大環節。可以這么說，研究配電臺區內通信組網就是在研究配電網的通信組網。目前，通信組網可以分成有線通信和無線通信兩種：

有線通信包括網絡、RS485、電力載波、CAN總線等，通信介質一般是雙絞線和光纖。網絡通信距離一般在百米范圍內，主要是用于裝置對上通信，能采用網絡通信的地方，其通信環境一般不錯；RS485通信距離一般在幾百米范圍內，速率低的話可以過千米，它可以對下通信，也可以對上通信，這是目前應用比較多的通信手段；窄帶電力載波方式在用電信息采集系統環節得到了大量的應用，是國網在低壓抄表環節對下通信的主要通信方式，由于智能臺區集合了電網的配電環節和用電環節，所以該通信方式必將在智能臺區通信組網里得到大量應用；CAN總線通信，通信距離可以到幾公里，不過，由于該通信在鏈路層稍微復雜一些，在臺區組網內大面積用的可能性不高，只能作為主流通信方式的補充。

無線通信一般有GPRS、Zigbee通信、wifi、紅外、小無線RF等。GPRS通信主要用于數據遠傳，通信距離在幾十公里以上，可以選擇GPRS無線通信，該通信方式的一個主要劣勢就在于它需要借用移動或電信公司的通信信道，會產生通信流量費用，所以，局部幾公里范圍內的通信組網一般不采用GPRS通信；Zigbee和wifi通信方式主要是工作在2.4G無線公共頻段，二者比較而言，wifi需要的功耗大，一般外接電源，ZigBee的傳輸速度不高（<250Kbps），但是功耗很低，使用電池供電一般能用3個月以上，在智能臺區這個應用對象里，二者都能得到大量應用，一般幾公里范圍內的組網一般會選擇這兩種通信方式中的一種作為組網手段；紅外和小無線RF主要用于非接觸式裝置調試。

電力系統共分五大環節：發、輸、變、配、用。配電臺區是電網線路的供電末端，它集合了電網的配電和用電兩大環節，下文所述的智能臺區監控裝置就是以整個臺區為監控對象。首先，裝置要對臺區變壓器一次側和二次側線路進行監控，線路運行數據需要檢測，臺區內線路運行質量也需要管理；其次，它還要以通信組網的方式把臺區內所有帶通信接口的設備或子系統連接起來，匯總、分析、存儲它們的數據；最后，它還要具備數據遠傳的能力，從而把本裝置所在的臺區作為一個組網節點，匯入到上一級更大的系統組網里。從這里可以得知，通信組網的方案設計是本智能臺區監控終端設計里的核心環節。

1 方案設計

臺區監控裝置支持如下通信方式：

以太網接口：2個，用于光纖以太網數據上傳，以及臺區內其他子系統接口，如：臺區安防子系統。

GPRS無線通信：1個，用于數據遠傳。

RS485接口：4個，接口數可擴，用于臺區內485通信，以及和臺區內其他子系統數據接口，如：用電子系統、低壓保護子系統等。

低壓電力載波：1路，用于臺區內集中抄表。

Zigbee無線通信：1路，可擴，用于臺區內系統組網，譬如臺區防竊電子系統，臺區環境監測子系統等。

紅外接口：1路，用于非接觸式裝置調試，譬如掌上手持PDA工具調試。

2 硬件設計

智能臺區監控終端硬件設計以 Cortex M3系列32位處理器作為CPU，其余芯片亦選用工業級芯片，通信回路都是各自隔離。具體如圖1。

3 軟件設計

整個裝置通信軟件采用分層的模塊化結構，把軟件分成系統層、驅動層、數據庫層和規約應用層四個部分。系統層主要是裝置嵌入式實時操作系統提供的各種服務；驅動層主要是與各個通信口對應的驅動芯片或模塊相關的讀寫服務；數據庫層主要是包括各種規約和數據庫的接口定義以及讀寫服務；規約應用層主要是對外各種不同規約的解析。各層間的相互關系如圖2。

圖2

4 結束語

文章主要就電力行業一個智能臺區范圍內的通信組網進行了分析，并在隨后提出了一個智能臺區監控終端的通信設計方案，該組網方案可有效管理臺區設備和運行狀態，根據現場配置和工況指標智能調節現場運行設備，以達到臺區智能、經濟、可靠運行。

參考文獻

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